NOD2/β-arrestin1/TRAF6泛素化在缺血性脑损伤中的作用及机制

Our previous study has demonstrated that nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)2 is involved in the inflammation after cerebral ischemia-reperfusion（I/R）injury. Meanwhile, we reported that β-arrestin1 a multifunctional scaffold/adaptor protein protects against cerebral I/R injury. β-arrestin1 can regulate the innate immunity, but whether it affect NOD2 signaling pathway is unclear. Our preliminary study showed β-arrestin1 deficient mice exacerbated stroke outcomes and deletion of ARRB2 aggravated the NF-κB signaling pathway induced by NOD2 stimulation after cerebral I/R injury, indicating β-arrestin1 negatively regulates NOD2 signaling pathway. Here, we will explore the role and mechanism that β-arrestin1 regulates the NOD2 mRNA stability and NOD2 signaling pathway in cerebral I/R injury by using mice MCAO model in vivo and the cultured cell OGD model in vitro. Our study will firstly provide evidence that β-arrestin1/ USP20 signaling complex participates in TRAF6 ubiquitination. This information will be valuable for future development of new therapeutic strategies for the treatment of stroke.

我们已发表的文章证实固有免疫模式识别受体NOD2介导脑缺血再灌注损伤，而多功能接头蛋白β-arrestin1在缺血性脑损伤中发挥保护作用。β-arrestin1可调控固有免疫，但其对NOD2信号通路的调控作用迄今尚未见报道。我们初步研究发现，β-arrestin1基因敲除加重NOD2介导的缺血性脑损伤，激活NOD2介导的NF-κB信号通路，提示脑缺血后β-arrestin1可能会负调控NOD2信号通路。本课题将采用整体动物和培养细胞的缺血再灌注损伤模型，体内外分别应用基因敲除和沉默技术，从NOD2mRNA稳定性及其下游信号通路两方面深入探讨β-arrestin1对其调控机制。本课题将首次揭示β-arrestin1/USP20信号复合体对TRAF6泛素化的影响，完善缺血性脑损伤的的分子生物学机制，并为疾病的防治筛选新的有效靶点。

脑缺血再灌注炎症反应是典型的非感染性炎症反应，固有免疫参与了炎症的发生发展。我们已发表的文章证实固有免疫模式识别受体NOD2介导脑缺血再灌注损伤，而多功能接头蛋白β-arrestin1在缺血性脑损伤中发挥保护作用。本课题在前期研究的基础上，采用整体动物和培养细胞的缺血再灌注损伤模型，体内外分别应用基因敲除和沉默技术，深入探讨β-arrestin对NOD2介导的炎症信号转导通路的调控机制。体内外实验结果显示，脑缺血再灌注损伤后，β-arrestin1参与血管紧张素II对NOD2表达的调控。MDP特异性激活NOD2明显上调TRAF6和COX-2的表达，诱导NF-κB和MMP-9活化，促进炎症反应；同时，MDP刺激可迅速促进β-arrestin1/2与TRAF6结合从而负调控NOD2介导的炎症信号通路。泛素化是NOD2下游炎症信号通路中关键蛋白非常重要的翻译后修饰。我们发现β-arrestin2可能通过USP7使TRAF6去泛素化，从而抑制NOD2介导的炎症信号通路。与此同时，我们研究NOD2下游关键的丝氨酸∕苏氨酸/酪氨酸蛋白激酶RIPK2，结果显示RIPK2在脑缺血损伤炎症反应中发挥重要的作用，抑制RIP2的活性可以减轻缺血脑损伤；去泛素化酶OTUD1在脑缺血损伤后表达升高且与RIPK2结合，通过其酶活性去除RIPK2 k63位泛素化从而抑制其介导的炎症反应。课题的完成完善了NOD2介导的脑缺血再灌注损伤炎症反应的分子调控机制，为脑缺血再灌注损伤的防治提供新的靶点和思路，为相关药物的研发提供前期研究基础，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。